代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后新發(fā)展起來的一門學(xué)科，是通過對某一生物或細胞中相對分子量小于1000的小分子代謝產(chǎn)物進行定性和定量分析，尋找疾病的生物標(biāo)記物，將提供一種較好的疾病診斷方法的一門新學(xué)科。代謝組作為系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分，在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。代謝組學(xué)在臨床診斷上將有廣闊的發(fā)展前景，無論是在臨床診斷中生物標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)、疾病的病因與病理機制中的研究應(yīng)用，還是在臨床用藥指導(dǎo)中的應(yīng)用中都將發(fā)揮著重要的作用。
作為一種全新的認識疾病的方法，代謝組學(xué)在發(fā)現(xiàn)各類疾病中潛在生物標(biāo)記物和臨床藥物篩選中起到了重要作用。近些年來在各大頂級期刊發(fā)表的研究文章數(shù)量不斷增加。2016年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院高平課題組與張華鳳課題組在EMBOJournal在線發(fā)表了題為Fattyacidsynthesisiscriticalforstemcellpluripotencyviapromotingmitochondrialfission的研究論文。該研究揭示了脂肪酸的從頭合成途徑可以影響線粒體的分裂從而調(diào)控細胞多能性。2016年，JACC雜志發(fā)表了國內(nèi)首批大樣本代謝組學(xué)研究利用LC-MS代謝組學(xué)研究平臺，篩選出12組靈敏度高、專屬性強的biomarker，可用于臨床冠心病的快速診斷以及不同分型的區(qū)分診斷。2017年，在一項發(fā)表在BiochemicalPharmacology上的新研究中，圣路易斯大學(xué)的研究人員檢測了一種叫做REV-ERB的核受體調(diào)節(jié)膽固醇代謝的方法。他們的發(fā)現(xiàn)表明靶向這個核受體的藥物可以降低動物模型中低密度脂蛋白（LDL）膽固醇的水平。2017年，發(fā)表在Gut雜志研究成果表示，“代謝組學(xué)”可區(qū)分胰腺癌和胰腺炎。研究人員表示，“代謝組學(xué)”的代謝動態(tài)圖像已被用來識別能區(qū)分胰腺癌和慢性胰腺炎的新的血液代謝物生物標(biāo)志物，與傳統(tǒng)診斷方法相比具有較高的靈敏度且適用于疾病更早期階段。
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隨著組學(xué)研究手段的發(fā)展和運用，研究人員發(fā)現(xiàn)更為敏感的組學(xué)預(yù)測分子標(biāo)記，并對疾病進行早期預(yù)測診斷。目前，代謝組學(xué)研究在疾病診斷中取得了重大的成果，比如在心血管，糖尿病，腫瘤及代謝類疾病。
中科院大化所功能代謝組學(xué)對膠質(zhì)瘤研究獲新進展
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中科院大連化物所所與美國NIH、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院合作將功能代謝組學(xué)用于膠質(zhì)瘤研究取得新進展：利用毛細管電泳-質(zhì)譜技術(shù)，發(fā)現(xiàn)瘤組織中的亞?；撬岷匡@著高于癌旁對照組織中的亞牛磺酸，并且與膠質(zhì)瘤分級即惡性程度呈正相關(guān)。經(jīng)過分子對接計算機模擬，科研人員發(fā)現(xiàn)亞?；撬崮軌蚺cα-酮戊二酸競爭性結(jié)合脯氨酸羥化酶2（PHD2）同一位點，導(dǎo)致后者催化活性受到抑制。PHD2能夠在正氧條件下羥基化缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α），導(dǎo)致后者進入降解途徑。PHD2受抑制后導(dǎo)致HIF-1α不降解，而與β亞基結(jié)合入核，啟動許多與腫瘤相關(guān)基因的表達。上述現(xiàn)象在細胞和分子水平得到了驗證。進一步研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤細胞攝入亞?；撬岬难趸a(chǎn)物?；撬岷螅軌蛞种萍毎麅?nèi)亞?；撬岷铣?，達到抑制腫瘤細胞的目的。荷瘤裸鼠試驗證明，飲食中添加牛磺酸后的確使腫瘤生長放緩。亞?；撬崾抢^α-羥基戊二酸后，在膠質(zhì)瘤內(nèi)發(fā)現(xiàn)的又一具有促癌特征的代謝物，相關(guān)研究結(jié)果近期在Oncotarget雜志在線發(fā)表。
肝癌代謝組學(xué)研究獲進展
中科院大連化學(xué)物理研究所研究員許國旺團隊與上海東方肝膽醫(yī)院王紅陽院士課題組合作，將基于液相色譜—質(zhì)譜用于肝癌組織非靶標(biāo)代謝組學(xué)研究并取得了重要進展。研究人員基于超高效液相色譜—高分辨質(zhì)譜分析平臺，對50例肝癌患者的癌組織、癌旁近端組織和遠端組織進行了非靶標(biāo)代謝譜分析，相關(guān)成果在美國《癌癥研究》上在線發(fā)表。結(jié)合多變量數(shù)據(jù)處理方法和生物信息學(xué)技術(shù)，從整體層面闡明了肝癌微環(huán)境的代謝紊亂狀況。結(jié)果表明，肝癌患者出現(xiàn)了大量的代謝異常，主要包括糖酵解加速、三羧酸循環(huán)抑制、糖異生和β-氧化加快以進一步提供能量、脂肪酸代謝相關(guān)的Δ-12脫氫酶活性顯著下調(diào)。此外，谷胱甘肽等抗氧化分子水平增高，炎癥相關(guān)的多不飽和脂肪酸和磷脂酶A2水平下降。
代謝組學(xué)研究在糖尿病早期實現(xiàn)精準(zhǔn)檢測
我國是糖尿病重災(zāi)大國，傳統(tǒng)糖尿病檢測方法存在許多缺陷，代謝組學(xué)研究解決了對糖尿病早期預(yù)警研究的困境。代謝組學(xué)在糖尿病相關(guān)診斷中主要通過檢測患者體液中與病理相關(guān)的一系列代謝產(chǎn)物，研究疾病的發(fā)病機制并實現(xiàn)臨床診斷目的。2016年，美國德克薩斯大學(xué)（TheUniversityofTexas）的ManjuMamtani研究組通過脂質(zhì)組學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)酰胺、溶血磷脂和三酰甘油這三個脂質(zhì)在糖尿病發(fā)病過程中具有決定因素，通過這三個生物標(biāo)記物建立的預(yù)測模型準(zhǔn)確率可達到76%。
另外，研究人員采用LC/M建立了糖尿病患者的血漿磷脂代謝指紋圖譜，結(jié)合多變量分析成功實現(xiàn)了糖尿病患者和對照組的分類。在政府離子模式下，將PLS-DA用于2型糖尿病患者和正常普通人的分類，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)的比值（質(zhì)荷比，m/z）508，480，766，762的磷脂酰乙醇胺和卵磷脂，成為潛在的生物標(biāo)志物。
糖尿病腎病是Ｉ型糖尿病中最為嚴(yán)重的并發(fā)癥，傳統(tǒng)方法不能準(zhǔn)確預(yù)測，研究人員通過ＮＭＲ方法，以血清為研究對象，對１８２例Ｉ型糖尿病患者和２１例健康對照進行分析，結(jié)果預(yù)測糖尿病腎病的準(zhǔn)確性為８７．１％和特異性為８７．７％，陽性和陰性的預(yù)測率分別為８９．０％和８３．６％。
代謝組學(xué)研究在用藥指導(dǎo)方面的應(yīng)用
代謝組學(xué)在疾病診斷和健康評估中具有重大的應(yīng)用價值，尤其是通過組學(xué)手段進行檢測，得到成千上萬種代謝物的信息，最終實現(xiàn)預(yù)測的目的。
在臨床治療中，患者病情變化、對藥物的反應(yīng)等外在表現(xiàn)有時是細微的，而傳統(tǒng)手段往往不能準(zhǔn)確地監(jiān)測，此時采用代謝組學(xué)方法結(jié)合傳統(tǒng)的檢測手段將為治療提供更精確的指導(dǎo)。掌握藥物的毒副反應(yīng)是保證療效的重要條件，代謝組學(xué)技術(shù)同樣發(fā)揮著其特有的優(yōu)勢，為安全用藥提供了有效指導(dǎo)。通過對患者用藥前后機體代謝組學(xué)分析，可達到預(yù)測藥物毒副反應(yīng)的目的，同時還可找出潛在的毒副反應(yīng)生物標(biāo)志物，對藥物安全性研究具有指導(dǎo)意義。
有研究采用1H-NMR代謝組學(xué)對急性肺損傷病人白蛋白治療前后血漿代謝輪廓進行了分析，結(jié)果表明注入白蛋白治療1d時患者代謝組只有細微的變化，隨著治療時間的推移，患者血漿代謝組逐漸發(fā)生明顯的變化，最終與正常的人的代謝組接近，而安慰劑組代謝輪廓沒有好轉(zhuǎn)。代謝組學(xué)為治療監(jiān)控、療效評價提供準(zhǔn)確的解決方案。
在未來，代謝組學(xué)一定會定量化和標(biāo)準(zhǔn)化。基因測序技術(shù)成為轉(zhuǎn)化研究和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的首選工具，一個重要原因是這種高通量檢測技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化已日漸成熟并正在行業(yè)內(nèi)逐步得到普及。目前國內(nèi)測序行業(yè)多家企業(yè)在基因組數(shù)據(jù)分析處理逐步建立了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和流程。雖然代謝組學(xué)全面進入精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)還有很長的路要走，但是科學(xué)家們相信，在不久的將來一定會有重大的突破和提升。
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